丁革媛1，李振江2，孙 彬1，尹海田1

（1.沈阳工业大学 工程学院，辽宁 辽阳 111003； 2.中国石油辽阳石化公司动力厂，辽宁 辽阳 111003）

　　摘  要： 随着自动控制技术、信息技术、网络技术以及物联网技术的不断发展，传统的电网将逐渐被智能电网所取代，智能电网将广泛应用在社会生产和生活的各个领域。在特殊情况下，智能电网的数据传输、共享需要连接到互联网等公共网络系统中，从而面临病毒、黑客等信息安全的威胁。文中阐述了智能电网的关键技术、安全风险、主要安全技术和防范措施，探索了保障智能电网安全平稳运行的新技术和新方法。

　　关键词： 智能电网；通信；控制；测量；安全；攻击

0 引言

　　电力资源是国家能源的重要组成部分，是社会经济和发展不可缺少的物质基础。因此，全球范围内的绝大多数国家，都在积极探索全新的电能供给模式——智能电网，它是传统电网发展的新模式，可以实现用户高效率用电，节约不必要的浪费，同时提高电网的安全性和可靠性。我国的智能电网研究虽然起步较晚，但在相关技术领域开展了大量的研究和实践，取得了长足的进展。在2011年3月1日，国家电网750 kV延安洛川智能变电站成功运行，成为世界上最高电压等级的智能变电站。我国计划在“十二五”期间，国家投资电网将超过4.3万亿元，到2015年，基本建成智能电网，初步实现世界一流电网的目标，使国家电网进入国际先进行列[1]。

　　1智能电网及其特征

　　智能电网是以传统电网作为物理基础，运用传感技术、信息技术、通信技术、计算机技术等与传统电网深度融合、高度集成后而形成的一种全新的电力网络。智能电网是一种自动化程度很高的数字电网，网络中的所有节点都能够以实时方式进行监控，通过设备采集到的信息自由运行在电力的传输和使用过程中，借助网络中的控制系统、通信系统和智能设备等，完成网络中各节点的业务需求，进而达到优化电网的管理和运营目的[2]。

　　智能电网的主要特征体现在以下几个方面。

　　（1）自愈性好

　　智能电网监控系统可以实时掌控电网运行状态，及时应对系统问题和消除故障隐患，以避免或减少停电和电压不稳等电力供应质量问题，提升电网运行的可靠性。

　　（2）安全性高

　　智能电网能够对人为的侵害或自然引发的灾害做出准确的判断，同时提供应对措施，利用自身的抵抗针对其信息通信系统攻击的能力，保证人身、设备和网络的安全。

　　（3）运行成本低

　　智能电网能够协调地区间电力分配与能源流动，实现资源配置的优化，提高输电网传输容量和利用率，减少损耗，有效控制成本。

　　（4）服务质量高

　　智能电网能够与建筑物的能源管理系统相连，实现与用户的智能互动，以友好的方式、最佳的电能质量和供电可靠性满足用户需求，使用户可以更好地控制用电设备，获得优质服务。

2 智能电网的关键技术

　　（1）集成通信技术

　　智能电网需要建立高速、双向、实时、集成的通信系统，才能完成数据的采集、保护和控制等任务，使得智能电网演变成为具备信息交换、电力交换等功能的基础设施，有效提高电力供给的安全性和可靠性。在所有的通信技术中，通信标准和体系架构最为重要。通过它们实现网络设备、应用系统间的实时通信和资源共享[3]。

　　（2）新型传感和测量技术

　　对于智能电网，参数测量技术用来完成实时数据的采集任务，然后将其转换成数据信息，提供给智能电网的各个方面使用。利用参数测量技术，评估电网设备的健康状况、网络的完整性和可行性，完成仪表数据的读取、缓减电网阻塞以及与用户的沟通等任务。

　　对于电力公司，参数测量技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、设备健康状况和能力、故障定位、电能消费和预测等。

　　（3）设备技术

　　智能电网要广泛应用先进的设备技术，通过应用在电力电子、超导技术、能量储存等方面的先进技术，从整体上提高电网的质量、安全性和可靠性，最大限度地提高输配电系统的性能，提高电网输送容量和效率。

　　（4）控制技术

　　先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。通过这些控制技术能够监测基本的元件并同时服务于测量技术；通过提供及时、正确的响应可为通信技术和设备技术提供数据和信息等支撑；利用对系统事件的快速诊断，为决策技术提供依据。而对于先进控制技术的分析和诊断功能也可以引入预设的专家系统中，可有效改善智能电网的自愈性，最大限度地提高电网的安全性和可靠性。

　　（5）决策支持技术

　　决策支持技术用来将复杂的电力系统数据转化为简单而容易理解的信息，例如动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术，以此帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急事件。在很多情况下，要求系统运行人员做出决策的时间从小时缩短到分钟，甚至到秒，这就要求智能电网具备一个广域、无缝、实时的决策应用系统，才能使电网运行人员和管理者快速地做出判断和决策。决策支持技术利用大量的数据并将其裁剪成格式化的时间段和按技术分类的关键数据给电网运行人员，可视化技术将这些数据展示为运行人员可以迅速掌握的可视的格式，以便运行人员分析和决策。通过将决策支持技术与资产管理过程的集成，可充分提高电网的运行、维修和规划效率[4]。

3智能电网的信息安全风险与关键技术

　　电力是国家的命脉，电力系统受到威胁，将会给国家和社会造成不可估量的损失。2003年，世界最发达的美国，由密歇根州至纽约，再至加拿大因电力故障造成大停电，使5 000万人没有电力供应。2008年，佛罗里达州又发生大停电，使300万人没有电力供应。智能电网的信息安全风险表现在个别网络结构不合理、来自互联网的风险、病毒的侵害、数据库系统风险以及各种应用系统带来的风险等。以操作系统风险为例，不管使用哪种操作系统，都会存在大量已知和未知的漏洞，这些漏洞可以导致入侵者获得管理员的权限，可以被用来实施拒绝服务攻击。在所有这些风险中，危害程度最大的莫过于来自互联网的风险。对于某些业务，需要通过某种方式连接到互联网或其他公共网络中。智能电网一旦连接到互联网等公共网络系统中，就一定会面临病毒、黑客、操作系统漏洞等攻击，它们可以破坏网络中的软件系统和数据，盗取企业的商业秘密和机密信息，非法使用网络资源等，给企业造成巨大的损失。一个典型的工业控制系统入侵事件是，2011年，黑客通过入侵美国伊利诺伊州城市供水系统的数据采集与监控系统，使其供水泵遭到严重破坏。

　　诸如上述的安全威胁有很多实例，它们广泛存在于自动化程度较高的工业控制系统中。随着工业控制系统信息化程度的快速提高，其安全事件呈现逐年上升的态势，尽管在数量上无法与互联网安全事件相比，可是一旦发生，其影响范围、经济损失等都是互联网安全事件无法比拟的。每一次安全事故，都会使国民生活、企业生产遭受巨大影响，经济遭受重大损失，甚至可能危及到相关人员的健康与生命[5]。

　　在智能电网体系架构中，涉及的信息安全主要包括信息的采集、传输和处理三个方面。其中，信息采集安全是最重要的，它负责提供电网中的数据测量、传感器装置、超宽带设备、射频识别设备等的安全性。信息传输安全和信息处理安全负责保障在电网中传送数据、数据信息的分析、存储和使用、数据与服务的访问控制和授权管理等操作的安全性。下面介绍信息采集操作涉及的主要安全技术。

　　（1）ZigBee技术

　　ZigBee技术最主要的特征是可靠性高、安全性好。可靠性表现在ZigBee技术中采用了碰撞避免策略，而且如果是用于需要固定带宽的通信领域的业务，ZigBee能够预留出专用的间隙时间，避开在网络传输和通信过程中容易引发的冲突。在其物理地址控制层采用了经过确认的数据和信息传输方法，也就是说网络中每个需要发送的数据和信息都需要等待信息接收方的确认信息后，才能进行传输，确实保障数据和信息传输的可靠性。其安全性表现在ZigBee提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，有效保障网络的安全[6]。

　　（2）超宽带技术

　　超宽带简称UWB，也是一种无线通信技术，超宽带技术使用的信号，其带宽通常超过500 MHz，或者信号的带宽与网络中心频率比超过25%，与其他通信方式不同，它不使用连续的载波，信号的频率为4.1 GHz，带宽为1.4 GHz，频谱范围很宽，具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽超大和安全性好等优点。它的安全性表现在两方面：一是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一个是系统的发射功率谱密度极低，使得有用信息完全淹没在噪声中，从而令其被截获的概率很小，被检测的概率也很低，用传统的接收机无法接收。

　　（3）无线射频识别技术

　　无线射频识别简称RFID，应用领域非常广泛，该技术能够实现对被测对象的自动识别，并取得准确的数据信息，该设备能够工作在各种环境，因此应用领域宽广。这种技术有很多优点，其中最主要的是存储容量大、安全性高。尤其在安全性方面，由于RFID承载的电子式信息完全用密码进行保护，使其内容不易被复制或伪造，有效保障了数据的安全[7]。

　　在信息传输安全和信息处理安全方面，企业要切实加强安全规划和网络安全管理制度建设，加强企业员工和网络管理人员安全意识教育，做好安全风险评估，采用信息安全新技术，建立信息安全防护体系，提高安全管理水平，保证网络的安全平稳运行。

4 结论

　　智能电网将朝着提高电网输送能力、提高能源与资源利用效率的方向发展，确保电力的高效、安全、可靠供应。随着自动控制技术、信息技术、网络技术以及物联网技术的不断发展，传统的电网将逐渐被智能电网所取代，智能电网将广泛应用在社会生产和生活的各个领域，其安全性成为至关重要的问题。为此，要探索和研究更多先进的集成通信技术、测量技术、控制技术、可信计算、云计算等信息安全技术，有效保障智能电网的高效、平稳、安全、可靠运行，为社会生产和生活提供保障。

参考文献

　　[1] 张东霞，姚良忠，马文媛．中外智能电网发展战略[J].中国电机工程学报，2013（31）：1-15.

　　[2] 曹军威，万宇鑫，涂国煜，等．智能电网信息系统体系结构研究[J].计算机学报，2013，36（1）：143-167.

　　[3] 宋亚奇，周国亮，朱永利．智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].电网技术，2013（4）：927-935.

　　[4] 王益民．坚强智能电网技术标准体系研究框架[J]．电力系统自动化，2010，34（22）：1-6.

　　[5] 张帅．工业控制系统安全风险分析[J]．信息安全与通信保密，2012（3）：15-19.

　　[6] 夏春明，刘涛，王华忠，等．工业控制系统信息安全现状及发展趋势[J]．信息安全与技术，2013，4（2）：13-18.

　　[7] 向登宁，马增良．工业控制系统安全分析及解决方案[J].信息安全与技术，2013，4（2）：28-30.